Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Estudi de les reaccions quimiques

30,572 views

Published on

Estudi de les reaccions químiques.
Química 1r batxillerat
Autor: José Ángel Hernández Santadaría
INS Badalona VII

Published in: Education, Technology
  • Be the first to comment

Estudi de les reaccions quimiques

  1. 1. Estudi de les reaccions químiques
  2. 2. • Energia de les reaccions químiques • Velocitat de les reaccions • Reaccions reversibles. Equilibri químic • Reaccions àcid-base • Reaccions d’oxidació-reducció • Reaccions de precipitació
  3. 3. Tipus de reaccions químiques http://upcommons.upc.edu/video/handle/2099.2/1196
  4. 4. Energia de les reaccions Les molècules que formen les substàncies químiques emmagatzemen energia en els seus enllaços. Energia de les reaccions químiques Model molecular de la glucosa Una reacció química consisteix en el trencament d’enllaços en les molècules dels reactius i la formació de nous enllaços en les molècules dels productes.
  5. 5. Entalpia d’enllaç Energia de les reaccions químiques És l’energia necessària per trencar l’enllaç entre dos àtoms. Es mesura en kJ · mol-1. Quan més gran és l’entalpia d’enllaç, més fort és l’enllaç químic.
  6. 6. Diagrama d’energia d’una reacció Energia de les reaccions químiques Depenent de la diferència d’energia entre els reactius i els productes, les reaccions poden anar acompanyades d’un alliberament o d’una absorció d’energia.
  7. 7. Energia de les reaccions químiques Diagrama d’energia d’una reacció Reacció exotèrmica
  8. 8. Energia de les reaccions químiques Diagrama d’energia d’una reacció Reacció endotèrmica
  9. 9. Diagrama d’energia d’una reacció Energia de les reaccions químiques http://www.educaplus.org/play-41-Variaci%C3%B3n-de-la-Entalp%C3%ADa.html
  10. 10. Variació d’entalpia ( H ) És la calor intercanviada (absorvida o alliberada) en una reacció que tingui lloc a pressió constant . Es mesura en kJ · mol-1. La majoria de reaccions que observem tenen lloc a pressió atmosfèrica (que es mantè aproximadament constant durant la reacció). Reaccions endotèrmiques (absorbeixen calor) H > 0 Reaccions exotèrmiques (desprenen calor) H < 0 Energia de les reaccions químiques
  11. 11. Reaccions exotèrmiques Fe2O3 (aq) + 2 Al (s) -> 2 Fe (s) + Al2O3 (aq) Energia de les reaccions químiques (H < 0) http://www.youtube.com/watch?v=cjPRMx0JE0o
  12. 12. Reaccions endotèrmiques Reacció entre el tiocianat d’amoni i l’hidròxid de bari http://www.youtube.com/watch?v=tDuaw7W9vSc&feature=related Dissolució aquosa del nitrat d’amoni http://www.youtube.com/watch?v=D8roOSDrBYg&feature=related (H > 0) Energia de les reaccions químiques
  13. 13. Velocitat de les reaccions La velocitat d’una reacció química indica com varia amb el temps la concentració dels reactius o dels productes. Les unitats de la velocitat de reacció són mol · L-1 · s-1 Cinètica química Estudia els factors que afecten a la velocitat de les reaccions.
  14. 14. Equació de velocitat o llei de velocitat és una expressió que relaciona la velocitat de la reacció amb les concentracions dels reactius presents en aquell moment. v = k · [ A ] α · [ B ] β v = velocitat de reacció (mol · L-1 · s-1 ) k = constant de velocitat (depèn de la temperatura) [ A ], [ B ] = concentracions dels reactius (mol · L-1 ) α , β = ordres parcials respecte a cada reactiu L’ordre global de la reacció és la suma dels ordres parcials. Velocitat de les reaccions
  15. 15. Teoria de les col·lisions Per tal que es puguin trencar els enllaços inicials, les molècules dels reactius han de xocar de manera “eficaç” i això depèn de dos factors: 1. Xoc amb orientació espacial adient 2. Xoc amb prou energia ( E xoc > E activació ) Velocitat de les reaccions http://www.educarchile.cl/Userfiles/P0001/File/quimica_teoria_colisiones.swf
  16. 16. Teoria de les col·lisions Energia d’activació Velocitat de les reaccions http://www.youtube.com/watch?v=VbIaK6PLrRM
  17. 17. Teoria del complex activat Quan les molècules dels reactius s’apropen i xoquen, s’origina un agregat d’àtoms d’energia elevada i vida curta anomenat complex activat . Complex activat Velocitat de les reaccions
  18. 18. Energia de les reaccions químiques Estat de transició Complex Activat Teoria del complex activat
  19. 19. • Temperatura • Concentració dels reactius • Estat físic dels reactius • Naturalesa dels reactius • Energia d’activació ( Ea) • Catalitzadors Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ? Velocitat de les reaccions
  20. 20. Temperatura Un augment de la temperatura produeix un augment de la velocitat de reacció . Justificació (model de col.lisions): si s’eleva la temperatura, creix l’energia cinètica de les molècules dels reactius, augmenta l’energia dels xocs i més molècules tenen prou energia com per transformar-se en productes (més xocs efectius). Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  21. 21. Concentració dels reactius Un augment de la concentració implica un augment de la velocitat de reacció. Justificació (model de col.lisions): un augment de la concentració provoca un augment de la probabilitat de xocs entre les molècules dels reactius. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  22. 22. Concentració dels reactius L’equació de velocitat relaciona les concentracions dels reactius amb la velocitat de reacció: Justificació (llei de velocitat): En principi, si augmenten les concentracions de reactius, augmenta la velocitat de la reacció. v = k · [ A ] α · [ B ] β Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  23. 23. Estat físic dels reactius Com més gran sigui el contacte entre les partícules, més ràpida serà la reacció. v (gas) > v ( líquid, dissolució ) > v ( sòlid ) Justificació (model de col.lisions): Si augmenta el contacte entre els reactius també augmenta la probabilitat de que es produeixin més xocs efectius entre les molècules. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  24. 24. Naturalesa dels reactius Justificació (model de l’estat de transició): Com més enllaços tinguin les molècules de reactius i més forts siguin aquests enllaços, més gran serà l’energia d’activació i més lenta serà la reacció. Si els reactius són ions en dissolució normalment no cal trencar enllaços i les reaccions acostumen a ser ràpides. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  25. 25. Energia d’activació És l’energia addicional que han d’absorbir les molècules dels reactius perquè, en xocar, formin el complex activat. Justificació (model de l’estat de transició): Quan més gran sigui Ea, més lenta serà la reacció. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  26. 26. Catalitzadors Són substàncies que modifiquen la velocitat sense que es consumeixin en el transcurs de la reacció. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  27. 27. Catalitzadors Els catalitzadors positius subministren nous camins pels quals es pot produir la reacció amb una energia d’activació menor ( augmenten la velocitat ) Velocitat de les reaccions Justificació (model de l’estat de transició): Si disminueix l’Ea la reacció serà més ràpida. Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  28. 28. Catalitzadors Modifiquen el valor de l’energia d’activació però no el de la variació d’entalpia, ΔH Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  29. 29. Enzims o biocatalitzadors, són proteïnes que catalitzen moltísimes reaccions bioquímiques. Són molt específics; cada enzim actua sobre un substrat concret i en unes condicions determinades de temperatura, acidesa i concentració. Acció de l’enzim sacarasa sobre la sacarosa ( trencament en glucosa i fructosa ) Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?
  30. 30. A + B  C + D Una reacció és irreversible si es produeix en un únic sentit i té lloc fins que s’exhaureix un dels reactius ( reactiu limitant). Reaccions reversibles. Equilibri químic Reaccions irreversibles CH4 (g) + 2 O2(g)  CO2 (g) + 2 H2O (l)
  31. 31. Són aquelles en què la reacció es produeix en els dos sentits simultàniament. El reactius formen productes (reacció directa) i els productes també poden reaccionar entre si i formar reactius (reacció inversa). A + B ⇄ C + D Al final del procés al recipient tenim una mescla de productes i reactius.2 SO3 (g) ⇄ O2 (g) + 2 SO2 (g) Reaccions reversibles. Equilibri químic Reaccions reversibles
  32. 32. Reaccions reversibles. Equilibri químic Equilibri químic https://youtu.be/dUMmoPdwBy4
  33. 33. Equilibri químic En un recipient tancat (si les substàncies reaccionants són gasos) o en dissolució, després d’un temps les reaccions reversibles arriben a una situació d’equilibri en què: · Tenim una barreja de productes i reactius en el recipient. · La velocitat de la reacció directa (R -> P ) és igual a la de la reacció inversa (R<- P): la reacció no s’atura, sino que part dels productes es transformen continuament en reactius i part dels reactius es converteixen en productes (equilibri dinàmic). Reaccions reversibles. Equilibri químic
  34. 34. Equilibri químic Reaccions reversibles. Equilibri químic http://phet.colorado.edu/en/simulation/reversible-reactions
  35. 35. Una vegada assolit l’equilibri químic les concentracions de totes les substàncies es mantenen constants, no varien amb el temps. H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2 HI (g) Reaccions reversibles. Equilibri químic Equilibri químic
  36. 36. Tipus d’equilibri - Homogeni: totes les espècies presents són a la mateixa fase. - Heterogeni: les espècies químiques es troben en fases diferents Reaccions reversibles. Equilibri químic
  37. 37. Reaccions àcid-base Propietats empíriques dels àcids i les bases Àcids • Gust agre • Corrosius • Dissolucions amb poder dissolvent • Canvien el color de colorants naturals • Perden les seves propietats en reaccionar amb una base (neutralització)
  38. 38. Reaccions àcid-base Propietats empíriques dels àcids i les bases Bases • Gust amarg • Corrosives • Dissolucions amb poder desengreixador • Canvien el color de colorants naturals a un color diferent als àcids • Perden les seves propietats en reaccionar amb un àcid (neutralització)
  39. 39. Reaccions àcid-base Propietats empíriques dels àcids i les bases https://youtu.be/jN8dMdwt-9U
  40. 40. Teoria d’Arrhenius • Un àcid és tot electròlit que, en dissoldre’s en aigua, es dissocia i allibera ions hidrogen ( H+) HCl (aq ) Àcid clorhídric H+ (aq) + Cl- (aq) • Una base és tot electròlit que, en dissoldre’s en aigua, es dissocia i allibera ions hidròxid ( OH-) NaOH (aq ) hidròxid de sodi Na+ (aq) + OH- (aq) Svante August Arrhenius (1859–1927) Reaccions àcid-base
  41. 41. Reaccions àcid-base Els àcids i les bases són electròlits, és a dir, en dissolució aquosa se separen ens ions que condueixen el corrent elèctric. Si augmenta la concentració d’ions, augmenta la conductivitat elèctrica de la dissolució. http://phet.colorado.edu/en/simulation/acid-base-solutions Electròlits
  42. 42. Força relativa d’àcids i bases Un àcid o una base són forts quan en una dissolució aquosa es troben totalment dissociats en ions, i són febles quan experimenten una dissociació parcial. Àcid fort: HA (aq)  H+ (aq) + A- (aq) Exemples: HCl, HClO4, HBr, H2SO4 , HNO3 Base forta: BOH (aq)  B + (aq) + OH - (aq) Exemples: NaOH, KOH, Ca(OH)2 Àcid feble: HA (aq) ⇄ H+ (aq) + A- (aq) Exemples: àcid acètic, àcid acetilsalicílic, fenols Base feble: BOH (aq) ⇄ B + (aq) + OH - (aq) Exemples: amoníac, amines Reaccions àcid-base
  43. 43. http://www.youtube.com/watch?v=pcBM2hsuxU0 Reaccions àcid-base
  44. 44. http://www.youtube.com/watch?v=jncstBHsgZk Reaccions àcid-base
  45. 45. Escala de pH (en aigua a 25 ºC) Bàsic Neutre Àcid Reaccions àcid-base
  46. 46. Concepte de pH El pH permet quantificar el grau d’acidesa o basicitat d’una dissolució aquosa. Es pot calcular a partir de la concentració d’ions hidrogen (H+) presents en la dissolució: pH = - log [ H+] pOH = - log [ OH- ] Es compleix que pH + pOH = 14 ( dissolucions aquoses a 25 ºC) Reaccions àcid-base
  47. 47. Càlcul del pH Reaccions àcid-base [ ] [ ]
  48. 48. pH-metre Indicadors àcid-base Mesura del pH Reaccions àcid-base
  49. 49. Mesura del pH Reaccions àcid-base http://labovirtual.blogspot.com.es/search/label/Indicadores%20%C3%A1cido%20base
  50. 50. Mesura del pH Reaccions àcid-base http://labovirtual.blogspot.com.es/search/label/Indicador%20univ ersal%20de%20pH
  51. 51. Mesura del pH Reaccions àcid-base http://labovirtual.blogspot.com.es/search/label/pH-metro
  52. 52. El pH de les substàncies Àcid clorhídric Sucs gàstrics Llimona Vinagre Cervesa Orina Llet Aigua destil·lada Sang Aigua de mar Llevat Llet de magnesia Amoníac Lleixiu Netejador de forns Hidròxid de sodi Reaccions àcid-base
  53. 53. Reacció de neutralització Quan un àcid i una base reaccionen, perden les seves propietats, es neutralitzen. ÀCID + BASE  SAL + AIGUA Reaccions àcid-base HCl (aq) + NaOH (aq)  NaCl (aq) + H2O (l)
  54. 54. Reacció de neutralització Reaccions àcid-base http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/moles/DoubleDisp_Reaction-AcidToBase.html
  55. 55. Reacció de neutralització Els antiàcids són medicaments que actuen neutralitzant l'acidesa gàstrica (excés d’HCl a l'estómac). Alguns dels més comuns són el bicarbonat de sodi, el carbonat de calci, l’hidròxid d’alumini i l’hidròxid de magnesi (llet de magnesia). Reaccions àcid-base
  56. 56. Valoracions àcid-base ( volumetries ) Permeten determinar la concentració d’un àcid ( o d’una base ) que conté una dissolució determinada. El seu fonament químic és la reacció de neutralització. Per conèixer el punt final de la reacció s’hi afegeix un indicador. Els indicadors són substàncies que posseeixen la propietat de canviar de color segons el pH del medi. Reaccions àcid-base
  57. 57. Muntatge experimental volumetria suport bureta matràs erlenmeyer + indicador Reaccions àcid-base pinces
  58. 58. Procediment experimental volumetria Reaccions àcid-base http://upcommons.upc.edu/video/handle/2099.2/1125
  59. 59. Reaccions àcid-base Simulació d’una anàlisi volumètrica http://ies.isidradeguzman.alcala.educa.madrid.org//departamentos/fisica/temas/acid o_bases/flash/valoracion.swf
  60. 60. Càlculs volumetria àcid-base Quan s’arriba al punt d’equivalència ( coincideix aproximadament amb el punt final, canvi de color de l’indicador ) es verifica que : nº mols àcid = nº mols base VA·CA ·a = VB· CB · b VA= volum àcid (litres) CA = concentració àcid (mol/L ) a = nº d’H + que conté l’àcid VB = volum base (litres) CB = concentració base ( mol/L) b = nº d’OH - que conté la base Reaccions àcid-base
  61. 61. Reaccions de precipitació Les reaccions de precipitació són aquelles en què en mesclar-se dissolucions de sals solubles formen un producte insoluble anomenat precipitat. Pb(NO3 )2 (aq) + 2 KI (aq)  PbI2 (s)  + 2 KNO3 (aq)
  62. 62. Reaccions de precipitació http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/moles/DoubleDisp_Reaction-Precipitation.html
  63. 63. Dissolució insaturada És aquella que admet més solut en dissolució Dissolució saturada És aquella que no admet més solut en dissolució. Per tant, també ho és aquella que està en equilibri amb el solut sòlid. Reaccions de precipitació
  64. 64. Solubilitat La solubilitat d’un solut és la quantitat màxima que es pot dissoldre en una quantitat determinada de dissolvent a una temperatura donada. S’expressa habitualment en g/L o en mol/L La solubilitat coincideix amb el valor de la concentració del solut en una dissolució saturada. Reaccions de precipitació
  65. 65. Gràfics de solubilitat La solubilitat dels compostos iònics en aigua depèn de la temperatura. Reaccions de precipitació
  66. 66. Compostos solubles i insolubles Solubilitat > 0,1 mol/L Solubilitat < 0,01 mol/L Reaccions de precipitació
  67. 67. Duresa de l’aigua Està relacionada amb la concentració de sals de calci i magnesi que conté l’aigua. Es mesura en mg de CaCO3 per litre d’aigua ( o ppm) Duresa temporal - Presència de carbonats de Ca i Mg - Pot ser eliminada fent bullir l’aigua (precipita el carbonat de calci que és menys soluble en aigua calenta que en aigua freda) Duresa permanent - Presència de sulfat i/o clorur de Ca i Mg - No es pot eliminar bullint l’aigua Reaccions de precipitació
  68. 68. Duresa de l’aigua Problemes - Mal gust de l’aigua. - Dipòsit de carbonats en rentadores, calderes, planxes, canonades, etc. Reaccions de precipitació
  69. 69. Duresa de l’aigua Eliminació de la duresa - Productes antical (Calgon) - Reacció amb àcids (acètic, cítric) - Resines intercanviadores d’ions Reaccions de precipitació
  70. 70. Oxidació procés en el qual una substància perd electrons Reducció procés en el qual una substància guanya electrons Tots dos processos, s’han de produir de manera simultània; per això s’anomenen reaccions d’oxidació-reducció (REDOX) o reaccions de transferència d’electrons. Reaccions redox
  71. 71. Reaccions redox http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/Stoich /SingleDisp_Reaction-MetalToMetal.html
  72. 72. Cadascun dels processos que formen la reacció redox s’anomenen semireaccions: Oxidació: Cu (s)  Cu2+ (aq) + 2 e- Reducció: Ag+ (aq) + e-  Ag (s) Redox global: Cu (s) + 2 Ag+ (aq)  Cu2+ (aq) + 2 Ag (s) Reaccions redox
  73. 73. Oxidant Substància que “oxida” ( arrenca electrons a una altra substància ). Els oxidants es redueixen perquè guanyen electrons. Reductor Substància que “redueix” ( cedeix electrons a una altra substància ). Els reductors s’oxiden perquè perden electrons. Oxidant ( es redueix) Reductor (s’oxida) Cu (s) + 2 Ag+ (aq)  Cu2+ (aq) + 2 Ag (s) Reaccions redox
  74. 74. Agents oxidants més habituals Agents reductors més habituals - O2 i O3 - Halògens: F2 , Cl2, Br2 i I2 - Lleixiu ( NaClO (aq)) i clorats (ClO3- ) - Àcid nítric (HNO3 ) i àcid sulfúric (H2SO4) - Crom hexavalent (Cr6+ ) - Permanganat de potassi ( KMnO4 ) - Aigua oxigenada (H2O2) - Carbó - Monòxid de carboni ( CO) - Sofre i fòsfor - Metalls com l’alumini, magnesi, sodi i potassi Reaccions redox
  75. 75. Nombre d’oxidació d’un àtom és la seva càrrega elèctrica, real o teòrica. Cu 0 Ag+ +1 Cu2+ +2 Cl - -1 Cl2 0 Nombre d’oxidació d’àtoms, molècules de substàncies elementals i ions monoàtomics Reaccions redox
  76. 76. Nombre d’oxidació H2O H =+1 ; O =-2 HClO H =+1 ; O =-2 ; Cl =+1 HClO3 H =+1 ; O =-2 ; Cl =+5 NO3 - O =-2 ; N=+5 KMnO4 O =-2 ; K =+1; Mn = +7 Determinació del nombre d’oxidació en molècules i en ions poliatòmics Reaccions redox
  77. 77. En una oxidació el nombre d’oxidació augmenta: Cu (s)  Cu2+ (aq) + 2 e- 0 +2 En una reducció el nombre d’oxidació disminueix: Ag+ (aq) + e-  Ag (s) +1 0 Nombre d’oxidació Reaccions redox
  78. 78. Les combustions són reaccions redox C (s) + O2 (g)  CO2 (g) 0 0 +4 /-2 <-- estats d’oxidació Nombre d’oxidació Reaccions redox
  79. 79. Reaccions redox Nombre d’oxidació
  80. 80. Aplicacions de les reaccions redox Piles Electròlisi Obtenció de metalls Recobriments galvànics Reaccions redox
  81. 81. José Ángel Hernández Santadaría jherna24@xtec.cat “Estudi de les reaccions químiques” de José Ángel Hernández Santadaría està subjecta a una llicència de Reconeixement-NoComercial 3.0 No adaptada de Creative Commons

×